加州大学旧金山分校(UC San Francisco)的研究人员首次成功使用dna编辑系统CRISPR改变了生活在哺乳动物肠道内的细菌的基因组，这一进展将促进我们对微生物组的理解，并最终为治疗肠道相关疾病铺平道路。
在本月发表在《细胞报告》(Cell Reports)杂志上的这项具有里程碑意义的研究中，研究人员能够从生活在老鼠肠道中的大肠杆菌中移除大量基因，并改变它们消化系统中细菌群落的整体构成。
微生物学和免疫学教授Peter Turnbaugh博士说:“我们已经证明了哺乳动物肠道微生物组中第一个稳定的基因编辑。”“这是尝试在肠道内改造细菌的起点。”
目前，想要改变肠道微生物的研究人员和医疗从业者的选择极其有限。例如，广谱抗生素可以治疗细菌性食物中毒和类似的问题，但这种药物最终会杀死许多“有益的”微生物和有害的微生物。粪便移植也被用于为某些感染和胃肠道疾病的患者重新播种健康的微生物群。但医生不能确定引入的微生物能否战胜患者现有的细菌群落，这意味着治疗并不总是成功的。
因此，改造消化系统中已经生长旺盛的细菌将是未来研究和治疗微生物群落相关健康问题的关键方法，Turnbaugh说。直接改变肠道内微生物的基因组将为微生物组治疗带来一种目前还不可能实现的精确水平。
“能够改变已经存在于肠道中的微生物的DNA，可以让我们以一种比以前更可控的方式研究微生物组，”Turnbaugh说。“它真的给了我们一个机会来问一些关于健康和疾病的重要问题。”
特恩堡的研究集中在大肠杆菌上，这是一种自然存在于肠道中的细菌，但它的名声不好，因为某些菌株会导致食物中毒。精确基因编辑在肠道微生物中的一个有用应用是瞄准有害的大肠杆菌菌株，而不干扰有益的菌株。
在这项研究中，研究人员想知道他们是否可以使用基因编辑工具瞄准并杀死一种大肠杆菌菌株，同时让另一种菌株不受影响。Turnbaugh的团队使用了一种名为M13的病毒，将一个CRISPR-Cas9系统注入到一种特定菌株的大肠杆菌细胞中，在那里它开始切割DNA片段。
结果是戏剧性的。在引入CRISPR-Cas9系统之前，实验中小鼠粪便样本中靶向菌株更为突出。然而，经过基因编辑后，目标菌株迅速消失。两周后，它只占监测细胞总数的1%。
这项研究成功的一个关键是使用了一种工程形式的M13，这是一种天生攻击大肠杆菌的病毒，但通常不能很好地在消化系统中存活。为了解决这个问题，Turnbaugh和他的同事们将抗生素抗性基因插入到M13的DNA中，然后将其传递到被感染的细胞中，使得病毒及其携带的CRISPR-Cas9系统更容易传播。
Turnbaugh设想类似的方法有朝一日可以用于促进人类肠道“有益”细菌的生长。例如，如果研究人员编辑某些菌株的基因，让细菌以稀有营养为食，一个人可以通过在饮食中添加大量这些营养物质来控制肠道中繁茂的微生物组合。他说，首先，研究人员需要扩大他们工具包中的病毒列表，并实验改变微生物组中的个体成员如何影响整个细菌种群。
Turnbaugh说:“我们的梦想是，你可以在你的肠道中选择你想要提升或去除的特定菌株，甚至只是单个基因。”“我们真的很兴奋，我们能够在大肠杆菌中推进这么远。希望它能为其他肠道菌群成员提供类似的工具。”
